CFRP性能提升新方法
来源：碳纤维链  2024-07-01 13:57:14
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-14519.html        今日，湖南大学和西安交通大学的联合研究成果Tensile Properties of Helical Carbon Fiber Tows一文发表在了International Journal of Mechanical Sciences的网络期刊上。

研究表明，力学性能上，引入螺旋结构会在螺旋碳纤维捻的横截面上产生额外的横向力和力矩。适当的横向力和力矩可以改善纤维与环氧树脂之间的相互作用，从而对纤维捻的整体力学性能产生积极影响。
       在碳纤维束表面和断裂部位表征方面。纤维丝变得扭曲，导致碳纤维束内纤维丝的紧密排列。这种紧密性对环氧树脂在碳纤维束上的浸润行为产生不利影响，随着螺旋角度的增加，碳纤维束变得更加紧密，导致环氧树脂的浸润性能减弱。随着螺旋角度的增加，由于过度扭曲造成的结构损伤纤维丝数量也增加，从而降低了纤维束的总体机械性能。



       同时，螺旋碳纤维束表现出不同程度地韧性提高。例如，使用方法I制备的螺旋角度为5°的螺旋碳纤维束样品，其韧性比0°处直的碳纤维束样品显著提高了46％。这种螺旋碳纤维束韧性意外的增强表明它们可能适用于承载结构部件。然而，当螺旋角度超过10°时，却观察到螺旋碳纤维束的韧性下降，伴随着拉伸强度和断裂伸长率的降低。因此，适当的螺旋角度可以促进碳纤维与基体之间的横向相互作用，从而在单轴拉伸断裂过程中提高能量耗散。


       最后，研究者总结道：螺旋角度在0°到15°范围内的螺旋碳纤维束展现出优异的力学性能，仅在模量上略微降低。最大拉伸强度提高了10.8％，而韧性显著增加了46％。这种行为不同于先前报道的需要牺牲韧性以增加最大破坏强度的材料。此外，通过简单的编织工艺实现了向直碳纤维束添加螺旋结构，这可能是在碳纤维材料中实现高强度和高韧性的有前景的结构设计思路。在未来的研究中，我们可以专注于优化制造工艺，进一步提高螺旋碳纤维束的力学性能。




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